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ACUEDUCTO RINCÓN DEL JARILLAL, PARROQUIA ESTANQUES, MUNICIPIO SUCRE, ESTADO MÉRIDA

Memoria de Diseño y Cálculo.

Componentes del sistema de este proyecto:

FUENTE DE ABASTECIMIENTO: Quebrada La Roncona, ubicada en la cota 280 mnsm, el área de la cuenca 5,44 Km2; 1702,32mm. De acuerdo a la estimación de caudales se tiene: DISEÑO DIQUE-TOMA

precipitación media

Consiste en una toma frontal de concreto armado ubicado en la cota de terreno de 283,46 msnm, en la Quebrada Los Rastrojos. Sera una toma de fondo ó captación con tanquilla central, recomendada para ríos de montaña por sus fuertes pendientes.

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A.- CONSIDERACIONES GENERALES: FUENTE: Quebrada los Rastrojos. Los caudales de diseño de la Cuenca Hidrográfica Quebrada Los Rastrojos. m3/s l/s Qmínimo= 11.62 0.0116 Qmedio= 80.31 0.0803 Qmáximo(25años) = 22826 22.8260 Qecologico =90% 1.24 0.0012 Qdisponible= 95% 10.38 0.0104 (Datos tomados del estudio realizado por el Geógrafo Luis E. Montes de Aguas de Mérida C.A., donde presenta las características generales de la cuenca abastecedora de la Quebrada La Roncona; anexo en el proyecto). Los caudales requeridos m3/s Dotación de 200 l/hab./dia. l/s Caudal medio a captar = Qmedio= 9.296 0.009296 Caudal de diseño (1,25 x Qm.)= Qcaptación= 11.62 0.01162 Q ≤ 0,04m3/s

Se puede insertar el flujo mediante la construcción de un dique

B.- DISEÑO DEL VERTEDERO DE REBOSE: En base a la topografía se fija la longitud de la cresta L1=1,00 metros, para la condiciones de caudal medio y aplicando la ecuación de Francis se tiene: Qm=CxL1xHm 3/2 Donde: Q= Caudal medio (l/s). C= 1.35 Figura 47 Se toma el 90% de C L1= Longitud Tentativa de la cresta (m). Hm= Altura de la cresta del vertedero. Despejando Hm obtenemos la altura de la cresta del vertedero de rebose asumido el ancho. H=(Q/ CxL)2/3 Ancho (L) = CxL= Hmedio=(H1)= Hmínimo=(H2)= Asuma (h1)= h1 calculado Asuma (h2)= h2 calculado Velocidad media de circulación será: V=

m 2.0000 2.7000 0.0960 0.0265 0.0700 0.1124 0.0190 0.0304 V=Q/A 0.0297

cm. 200.00 270.00 9.60 2.65 7.00 11.24 1.90 3.04 m/s.

(Aceptable)

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Tomamos una altura de vertedero de rebose = Gasto a través del vertedero de rebose: m3/seg. l/s. Qvrmedio= 0.0803 80.31 Qvrasumido=

0.0854

85.38

0.10 m

OK

Para una altura de 10 cm se tiene que el vertedero de rebose tendrá una capacidad total de descarga igual Qvr = 85,38 l/s.

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C.- CÁLCULO DE LA CARGA DE DISEÑO: Para Qmaxd =11,62 l/s se tiene aplicando la ecuación de Francis que: m.

cm.

Hd = 0.0265 2.65 La altura del agua asociada al valor del caudal mínimo es H mín=2,65 cm Hd < Hmín asegura la captación del caudal deseado. D.- DIMENSIONAMIENTO DEL VERTEDERO DE CRECIDA: Gasto a través del vertedero de crecida=( Qmax - Qvt ) Qvertedero de crecida =

22.7406

Se asume un valor de L2 =

m3/s. 1.5 m

Para un caudal de vertedero de crecida calculamos la altura. H2=(Q/ CxL)2/3

7.4822 m

H2=

7.5 m 748.22 cm. Se recomienda no construir un vertedero de crecida ya que dicho caudal se puede aliviar con la garganta del lecho como vertedero de crecida.

0,10 m 0,80 m

E.- CÁLCULO DE ÁREA DE CAPTACIÓN: Aplicación la ecuación de un orificio sumergido para un caudal de captación de 1,5 l/s. Q= Cd x A x ( 2 x g x H)1/2 Donde: Caudal de captación Altura de cresta mínima Coeficiente de Descarga Área de Captación Despejando ( A ) A = 0.0269 A = C x L1 C = 0.0134

0.01162 m3/s

Q= Hmín =

0.0265 m

Cd =

0.6 0.0269

A= m2

2.6880 cm2

m

1.3440 cm

Ancho de Corona (C)

Ancho del Vertedero Menor (E) = Ancho del vertedero Mayor (No se va a Colocar).

Longitud total de la rejilla (Ancho) (Lrejilla)

F Rejilla

Longitud de la cresta del vertedero L1=0,80 m.

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Qcaptación = Qcaptación con area calculada Qcaptación con area calculada = 0.01162

m3/s

CUMPLE √

Lo que indica que el ancho de la cresta o corona a colocar es del orden de 0,40 cm. F.- DISEÑO DE LA TANQUILLA CENTRAL: Longitud asumida del ancho de la rejilla F = 0,10 m. Chequeo del ancho de la rejilla, siguiendo el procedimiento de Krochin. A continuación se detallan las recomendaciones a seguir para el diseño: Inclinación de la rejilla α= 10 º Ancho de las Barras t = 1.0 cm. Separación entre barras s = 1.0 cm. Espesor de las barras e = 1.0 cm. 30 % % de rejilla obstruida por gravas (f) = e/s = 1.0

0.3

Cálculo del ancho de la rejilla b = 0,313 x (Qcaptar/(CxKxL) 3/2 ) Donde: Coeficiente de contracción = C C = Co - (0,32 x tan α) Co = 0,50 para e/s < 4 Longitud de la galería = L L= 10 cm. L= 10 cm.

C = 0.444

0.10

m.

K= Coeficiente que reduce el área total en área efectiva. K= (1 - f ) x ( s / (s + t )) K= 0.35 Ancho de la regilla b = 1.880 m 0.01880 cm. Por Tabla: Rejilla Simple Tipo 1 (Diametro) a = (Separación) b = C=

1.0 cm. 1.0 cm. 0.45

Se asume un valor de longitud de vertedero de 0,60 metros. Carga necesaria Ho para garantizar el caudal a captar: Q= 0.01162 Qcaptar = 2,55 x C x K x b x L x √Ho Ho = ( Qcaptar / 2,55 x C x K x b x L)2 Ho = 0.02437 m. 2.44 cm. Para H0 = 3,00 cm, esto implica una altura mínima en el vertedero de rebose mayor ó igual a 3,00 cm. G.- ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL DIQUE: En el análisis de estabilidad se consideran las fuerzas producidas por el agua y los sedimentos que tienden a volcar el dique y también se consideran, las fuerzas que se oponen a este volcamiento, es decir las fuer-

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zas verticales a excepción de la subpresión. Se recomienda un valor de seguridad al volcamiento de 2,0. Las fuerzas horizontales aguas arriba hacia aguas abajo tienden a desplazar al dique, por tanto la fuerza que se opone a este deslizamiento es la fricción existente entre la estructura y el terreno de fundación.Por tal motivo se coloco un dentellon para dar mayor garantía a la estabilidad del dique. El factor de seguridad al volcamiento debe ser mayor o igual a 1,5. H.- DISEÑO ESTRUCTURAL: B2

h3

L

h1

W1 W2

Ea ES

h2 ROCA

h4

W4

hk

W3 A Ep

Bk B1

DIMENSIONES DEL DIQUE

1.- CARACTERISTICAS DEL DIQUE: Þc = Peso unitario del concreto............................. 1,000.00 Kgf./m3 Þc = Peso unitario del concreto............................. 2,400.00 Kgf./m3 h1 = Altura espaldón aguas arriba................................= 0.90 m h2 = Profundidad de la fundación aguas abajo..........= 0.40 m h3 = Altura de la cresta ....................................................= 0.10 m h4 = Profundidad de la fundación aguas arriba..........= 0.40 m hk = Profundidad del dentellon.......................................= 0.20 m B1 = Base del dique..........................................................= 1.30 m B2 = Espesor del dique en la cresta..............................= 0.30 m Bk = Base del dentellon....................................................= 0.30 m Vc = Volumen del concreto..............................................= 1.09 m3 Wd = Peso del dique.........................................................= 2075.44 Kgf./m. VOLUMEN (m3) (ÁREA x 1,0 m)

φ (Kgf./m3)

MOMENTO FUERZA (Kgf.) BRAZO (m) ESTABILIZANT E (Kgf./m)

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0.27 0.4 0.4 0.024 1.094

2400 2400 2400 2400

648 960 960 57.6 2625.6

1.15 0.67 0.65 1.15

745.2 640 624 66.24 2075.44

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2.- DETERMINACIÓN DE LOS EMPUJES: 2.1- EMPUJE DEL AGUA: Qm =

22.8260

AC = Altura de la lámina de agua sobre la cresta=

0.90

m3/s

Teoria de Rankin Ea = Empuje Activo debido al agua Ea = 1/2 x γAgua x H2 x Ka γAgua = Ea =

1000.0 Kgf./m 109.75 Kgf./m

0.1098

CONDICIONES: 1.- Suelo homogenio e Isotropico. 2.- No existe deslizamiento entre el suelo y el muro 3.- La carga está aplicada a (1/3) de la base. 4.- El Empuje tiene igual ángulo de inclinación al Talud

Para β = 0º Ka = (1 - Sen Ø ) /(1 - Sen Ø ) = Tan2 (45º - Ø/2 )→ Kp = (1/ Kg ) = Tan2 (45º - Ø/2 )→

→Ka = Tan2 (45º - Ø/2 ) = 0.5206 Ka = 0.2710

β = 0º

β = 0º

MATERIAL Terraplen Seco Terraplen Humedo Arena Seca Arena Humedad Arena Saturada Gravina Seca Gravina Humedad Grava Canto Rodado

2.2- EMPUJE DEBIDO A LOS SEDIMENTOS: Þc =Peso unit. Sumergd. promedio de los sediment. = Ø = Angulo de fricción de los sedimentos = Es = Empuje debido a los sedimentos =

1,100.00 Kgf./m3 35.00 º m

Φsuelo (Kgf/m3) 1400 1600 1600 1800 2000 1860 1870 1800 1850

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Es = 1/2 x φSuelox H2 x Ka φSuelo = Es =

m 1860 Kgf./m3 120.73 Kgf./m

0.1207

2.3- IMPACTO: P = Peso de la roca = V = Velocidad del flujo = I = Impacto de la roca (P/g x V)= g=

500 5.41 275.74 9.81

Kgf. m./s Kgf./m m./s

0.276

2.4- EMPUJE PASIVO: Þc = Peso unitario promedio de la roca = Ø = Angulo de fricción promedio de la roca = Ep = Empuje pasivo =

2500.00 Kgf./m3 35 º 121.95 Kgf./m

0.122

Ea = 1/2 x φRocax H2 x Ka 3.- DETERMINACIÓN DE LA ESTABILIDAD DEL DIQUE: a.-Volcamiento: F.S.volcamiento=

Σ Mestabilizante ≥ Σ Mvolcante

1.5

Debe ser mayor o igual.

3.1- SEGURIDAD CONTRA EL VOLCAMIENTO: MOMENTO VOLCANTE (Kgf.-m) 74.08

ACCIÓN Ea Es

32.60 22.06

I Ep

14.63 143.37

MOMENTO ESTABILIZANTE (Kgf.-m) 2075.44

ACCIÓN Wd

F.S.=

14.48 >>> 1,5

Es resistente al volcamiento

3.1- SEGURIDAD CONTRA EL DESLIZAMIENTO: Ø = Angulo de fricción promedio roca - concreto = C = Cohesión Concreto/roca sana= F.S.Deslizamiento=

Σ Fv x Cf ≥ Σ FH F.S.Deslizamiento < 1,5 se coloca un tapón o se hace mas grande la zapata.

35 º 0.7 1.5

Debe ser mayor o igual.

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Valores del coeficiente de fricción Material Concreto/concreto Concreto/roca sana Concreto/roca de mediana calidad Concreto/grava Concreto/arena Concreto/arcilla

f 0.7 0.7 0.6 0.5 0.4 0,2 a 0,3

FUERZAS DESLIZANTES (Kgf./m) (FH) 109.75

ACCIÓN Ea

120.73 275.74 506.22

Es

FUERZAS RESISTENTE (Kgf./m) (Fv)

ACCIÓN Ep

I

121.95 1454.15 1576.10

Froce= ((tan (Ø) x W d) + (C x B1))

Froce

F.S.Deslizamiento=

3.11 ≥ 1,5

Es resistente al deslizamiento

3.1- ESFUERZOS TRASMITIDOS: L= 1.00 m e = ( (5/6) x B1 ) - ( (1/3) x( Mest. - Mvol ) / Σ Fv ) ( Mest. - Mvol ) / Σ Fv < B1 / 6 δ = ( Σ Fv / B1 x L ) x ( 1 ± ( 6 x e / B1)) e= e=

0.65 0.41 0.24 ( Mest. - Mvol ) / Σ Fv < B1 / 6 0.41

0.22

T/m2 δmín =

987.27

0.0987 Kg/cm2

δmax =

1505.03

0.1505 Kg/cm2

987,27 Ton/m2 1505,03 Ton/m2

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ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL DIQUE: En el análisis de estabilidad se consideran las fuerzas producidas por el agua y los sedimentos que tienden a volcar el dique y también se consideran, las fuerzas que se oponen a este volcamiento, es decir las fuerzas verticales a excepción de la subpresión. Se recomienda un valor de seguridad al volcamiento de 1,5. Las fuerzas horizontales aguas arriba hacia aguas abajo tienden a desplazar al dique, por tanto la fuerza que se opone a este deslizamiento es la fricción existente entre la estructura y el terreno de fundación. Por tal motivo se coloco un dentellón para dar mayor garantía a la estabilidad del dique. El factor de seguridad al volcamiento debe ser mayor o igual a 1,5.

Memoria de Diseño y Cálculo.

e este proyecto:

TO:

ada en la cota 280 mnsm, el área de la cuenca 5,44 Km2;

precipitación media

caudales se tiene:

de concreto armado ubicado en la cota de terreno de 283,46 msnm, en la Quebrada a de fondo ó captación con tanquilla central, recomendada para ríos de montaña por

Cuenca Hidrográfica Quebrada Los Rastrojos.

alizado por el Geógrafo Luis E. Montes de Aguas de Mérida C.A., donde presenta las cuenca abastecedora de la Quebrada La Roncona; anexo en el proyecto).

Se puede insertar el flujo mediante la construcción de un dique

la longitud de la cresta L1=1,00 metros, para la condiciones de caudal de Francis se tiene:

altura de la cresta del vertedero de rebose asumido el ancho.

ene que el vertedero de rebose tendrá una capacidad total de descarga igual

aplicando la ecuación de Francis que:

valor del caudal mínimo es Hmín=2,65 cm del caudal deseado.

n vertedero de crecida ya que dicho caudal se puede aliviar con la garganta

0,10 m

Ancho del Vertedero Menor (E) = Ancho del vertedero Mayor (No se va a Colocar).

o implica una altura mínima en el vertedero de rebose mayor ó igual a 3,00 cm.

e consideran las fuerzas producidas por el agua y los sedimentos que tienden a onsideran, las fuerzas que se oponen a este volcamiento, es decir las fuer-

a subpresión.

s arriba hacia aguas abajo tienden a desplazar al dique, por tanto la fuerza que se la fricción existente entre la estructura y el terreno de fundación.Por tal motivo se mayor garantía a la estabilidad del dique.

DIMENSIONES DEL DIQUE

FIGURA

W1 W2 W3 W4

Ton./m

غ 35-40 45 35 40 25 35 - 40 25 45 30

Ton./m

Ton/m.

Ton/m.

Debe ser mayor o igual.

Debe ser mayor o igual.

e consideran las fuerzas producidas por el agua y los sedimentos que tienden a

s arriba hacia aguas abajo tienden a desplazar al dique, por tanto la fuerza que se la fricción existente entre la estructura y el terreno de fundación. Por tal motivo se mayor garantía a la estabilidad del dique.